JP2001342930A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で加工や精度出しを容易に行うこ
とができるとともに、弁部の開閉動作時に発生する燃料
の脈動圧を抑制することができて、その脈動圧に起因し
た騒音を低減することができる燃料噴射弁を提供する。 【解決手段】エンジンに取り付けられる燃料噴射弁１１
のハウジング１６内に燃料通路３７を形成する。燃料通
路３７の一端には燃料吸入口２０ａを設けるとともに、
他端には噴射口２１ｂが形成されている。ハウジング１
６には噴射口２１ｂを開閉することにより燃料吸入口２
０ａから吸入された燃料をシリンダヘッド１２内の燃焼
室へ噴射する弁部１８を設ける。燃料吸入口２０ａから
噴射口２１ｂに至る燃料通路３７の途中には、通路断面
積が拡張する拡張部３９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車両のエ
ンジンに対して燃料を供給するための燃料噴射弁に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の燃料噴射弁において
は、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられるハウジ
ング内に燃料通路が形成されている。その燃料通路の一
端には燃料吸入口が形成されるとともに、他端には弁部
が設けられている。そして、燃料吸入口から燃料通路内
に燃料が吸入され、この状態で電磁ソレノイドにて弁部
が開閉動作されることにより、燃料が燃焼室又は燃焼室
に連通可能な吸気ポートへ噴射されるようになってい
る。

【０００３】しかしながら、この種の燃料噴射弁におい
ては、弁部が開閉動作されるとき、燃料通路内の燃料圧
力が急変し弁部から燃料通路の上流側に向けて燃料の脈
動圧が発生する。そして、この脈動圧がデリバリパイプ
側及びシリンダヘッド側に伝達されて、騒音の原因にな
るという問題があった。

【０００４】このような問題点に対処するため、例え
ば、特開平８−３１２４９０号公報に開示されるような
燃料噴射弁も従来から提案されている。この従来構成に
おいては、燃料吸入口と弁部との間の燃料通路中に、通
路断面積の縮小した絞り部が設けられている。そして、
この絞り部により、弁部の開閉動作時に発生する燃料の
脈動圧が抑制されて、その脈動圧に起因した騒音が低減
されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
燃料噴射弁においては、燃料通路中に絞り部を設けるこ
とにより脈動圧が抑制されるようになっている。このた
め、絞り部の構造が細密になって、その加工や精度出し
が困難であるとともに、燃料噴射量が増加したとき、絞
り部が抵抗となって、必要量の燃料を供給するための開
弁時間が長くなるという問題があった。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的
は、構造が簡単で加工や精度出しを容易に行うことがで
きるとともに、弁部の開閉動作時に発生する燃料の脈動
圧を抑制することができて、その脈動圧に起因した騒音
を低減することができる燃料噴射弁を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１に記載の発明は、ハウジング内に燃料吸入口から噴
射口に至る燃料通路が形成されるとともに、前記噴射口
を開閉することにより燃料噴射を行わせる弁部を備えた
燃料噴射弁において、前記燃料吸入口から噴射口に至る
燃料通路の途中には、通路断面積が拡張する拡張部を設
けたことを特徴とするものである。

【０００８】従って、請求項１に記載の発明によれば、
弁部の開閉動作時に発生する燃料の脈動圧を、燃料通路
中の拡張部で減衰させて抑制することができ、その脈動
圧に起因した騒音を低減することができる。また、この
構成によれば、燃料通路の途中の箇所をさらに拡張して
拡張部を形成すればよいため、燃料通路中に細密な絞り
部を設けた従来構成に比較して、構造が簡単で加工や精
度出しを容易に行うことができる。さらに、燃料通路中
に絞り部を設けた従来構成のように、燃料噴射量が増加
したとき、絞り部が抵抗となって、必要量の燃料を供給
するための開弁時間が長くなるという不具合を回避する
こともできる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記拡張部は、シリンダヘッドの外部
に露出したハウジング内の燃料通路に設けられているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】従って、請求項２に記載の発明によれば、
弁部の開閉動作時に発生する燃料の脈動圧により、シリ
ンダヘッドの外部に露出したハウジングが振動して、放
射音が直接生じるのを効果的に抑制することができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記拡張部の内径は、燃
料通路の最大径部よりも大きくて、燃料通路の最小径部
の少なくとも１．５倍となるように設定されていること
を特徴とするものである。

【００１２】従って、請求項３に記載の発明によれば、
拡張部の通路断面積を適正に確保することができて、弁
部の開閉動作時に発生する燃料の脈動圧を有効に減衰さ
せて抑制することができる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求
項３のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料通
路の流路方向における拡張部の長さは、燃料通路の最小
径部の少なくとも１．０倍となるように設定されている
ことを特徴とするものである。

【００１４】従って、請求項４に記載の発明によれば、
拡張部の容積を適正に確保することができて、弁部の開
閉動作時に発生する燃料の脈動圧を有効に減衰させて抑
制することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を車両用エンジン
の燃焼室に対して燃料を直接噴射する電磁式燃料噴射弁
に具体化した一実施形態を、図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では便宜上、図１の上側を燃料噴射弁
の各構成部材における上部とし、下側を下部として記載
するが、その方向は限定されるものではない。

【００１６】図１に示すように、この燃料噴射弁１１
は、エンジンのシリンダヘッド１２の外面に一部を露出
させた状態で貫通装着される。すなわち、シリンダヘッ
ド１２には段差状の挿通孔１３が形成され、この挿通孔
１３内の段差部にガスケット２２を介在させた状態で燃
料噴射弁１１が挿通されている。燃料噴射弁１１の外周
には二股状の一対の腕部１４ａ（図では一方のみ図示）
を有する取付用クランプ１４が嵌挿され、この取付用ク
ランプ１４がボルト１５にてシリンダヘッド１２の上面
に締め付け固定されることにより、燃料噴射弁１１がシ
リンダヘッド１２に対して移動不能に取り付けられるよ
うになっている。

【００１７】前記燃料噴射弁１１は、ハウジング１６を
構成するケース１７と、そのケース１７の下部に取り付
けられた弁部１８と、ケース１７の上部に取り付けられ
た電磁ソレノイド１９と、その電磁ソレノイド１９の上
部に取り付けられたハウジング１６を構成する吸入口体
２０とを備えている。ケース１７は円筒状に形成され、
その外周には前記取付用クランプ１４に係合可能なフラ
ンジ部１７ａが形成されている。

【００１８】前記弁部１８のバルブシート２１は有底円
筒状に形成され、その内底部には弁座２１ａ及び噴射口
２１ｂが形成されている。そして、このバルブシート２
１はケース１７の下端内部に嵌合された状態で、ケース
１７の下端外周をかしめることによりケース１７に取り
付けられている。バルブシート２１及びケース１７内に
はポペット２５が長手方向へ移動可能に配設され、その
下端にはバルブシート２１の弁座２１ａに接離可能に対
応する弁体２５ａが形成されている。

【００１９】前記電磁ソレノイド１９は有底円筒状の筒
状部材２６を備え、この筒状部材２６がケース１７の上
端内部に嵌合固着されることによって、電磁ソレノイド
１９がケース１７上に取り付けられている。筒状部材２
６内には円筒状のコア２７が嵌着され、その内部にはア
ジャストパイプ２８が挿入固定されている。筒状部材２
６内にはコア２７の下部に対応するように、ほぼ円筒状
のアーマチャ２９が移動可能に配設され、その下端部に
前記ポペット２５が連結されている。コア２７内におい
て、アジャストパイプ２８とアーマチャ２９との間には
スプリング３０が介装されている。そして、このスプリ
ング３０により、アーマチャ２９及びポペット２５が下
方に移動付勢され、常には弁体２５ａが弁座２１ａに接
触されて、噴射口２１ｂが閉じられた状態に保持されて
いる。

【００２０】前記コア２７及びアーマチャ２９と対応す
るように、筒状部材２６の外周にはボビン３１が嵌着さ
れ、そのボビン３１の外周にはコイル３２が巻装されて
いる。コイル３２の外周には外套体３３が被覆形成さ
れ、その外側にはコイル３２に接続されたコネクタ３４
が突設されている。そして、このコネクタ３４を介して
コイル３２に励磁電流が供給されたとき、コア２７が励
磁されて、アーマチャ２９がスプリング３０の付勢力に
抗してコア２７側に吸着移動される。これにより、ポペ
ット２５が上方に移動されて、弁体２５ａが弁座２１ａ
から離間され、噴射口２１ｂが開かれるようになってい
る。

【００２１】前記吸入口体２０はほぼ円筒状に形成さ
れ、その下端部において前記筒状部材２６の上端内部に
嵌合固定されている。吸入口体２０の外周にはシールリ
ング３５が装着され、吸入口体２０にデリバリパイプ３
６が嵌合接続された状態で、このシールリング３５によ
り、吸入口体２０とデリバリパイプ３６との間がシール
されるようになっている。

【００２２】前記吸入口体２０、電磁ソレノイド１９の
アジャストパイプ２８、コア２７、アーマチャ２９、ケ
ース１７、及び弁部１８のバルブシート２１の内部に
は、燃料通路３７が形成されている。吸入口体２０の上
端にはデリバリパイプ３６内に開口する燃料吸入口２０
ａが形成され、この燃料吸入口２０ａから燃料通路３７
内に燃料が吸入されるようになっている。燃料吸入口２
０ａの近傍において、吸入口体２０内の燃料通路３７に
はストレーナ３８が配設され、このストレーナ３８によ
り燃料中の異物が除去されるようになっている。

【００２３】図１及び図２に示すように、前記シリンダ
ヘッド１２の外部に露出したハウジング１６の吸入口体
２０内において、ストレーナ３８とアジャストパイプ２
８との間の燃料通路３７途中には、拡張部３９がテーパ
部４０を介して形成されている。そして、この拡張部３
９によって、燃料通路３７の通路断面積がストレーナ３
８とアジャストパイプ２８との間で拡張されるようにな
っている。これにより、前記弁部１８の開閉動作に伴っ
て、シリンダヘッド１２内の燃焼室に燃料が噴射される
際に、弁部１８から燃料通路３７の上流側に向けて発生
する燃料の脈動圧が、この拡張部３９で減衰されて抑制
されるようになっている。

【００２４】この実施形態では、前記拡張部３９の内径
Ｄ１が、燃料吸入口２０ａ側における燃料通路３７の最
大径部Ｄ２よりも大きくなるとともに、アジャストパイ
プ２８内における燃料通路３７の最小径部Ｄ３の１．５
倍以上となるように設定されている。また、拡張部３９
の流路方向の長さＬ１が、アジャストパイプ２８内にお
ける燃料通路３７の最小径部Ｄ３の少なくとも１．０倍
となるように設定されている。この場合、拡張部３９の
流路方向の長さＬ１は、アジャストパイプ２８内におけ
る燃料通路３７の最小径部Ｄ３に対して、望ましくは
２．０倍以上、最も好ましくは２．５倍以上となるよう
に設定するとよい。

【００２５】すなわち、拡張部３９の流路方向の長さＬ
１を変更して、拡張部３９での減衰効果を比較測定した
ところ、図３に示すように、拡張部３９の長さＬ１と燃
料通路３７の最小径部Ｄ３との比率（Ｌ１／Ｄ３）を
１．０に設定した付近から、圧力変動幅が徐々に低減す
ることが判明した。そして、比率（Ｌ１／Ｄ３）を２．
０に設定した付近で圧力変動幅が大幅に低減し、比率
（Ｌ１／Ｄ３）を２．５以上に設定したときに圧力変動
幅がほぼ最低になることが判った。

【００２６】次に、前記のように構成された燃料噴射弁
１１の動作について説明する。さて、この燃料噴射弁１
１において、デリバリパイプ３６から供給される燃料
は、燃料吸入口２０ａから燃料通路３７内を通して弁部
１８のバルブシート２１内に導入される。このとき、電
磁ソレノイド１９のコイル３２に励磁電流が供給されて
いないと、アーマチャ２９及びポペット２５がスプリン
グ３０の付勢力により下方に移動され、弁部１８の弁体
２５ａが弁座２１ａに接触して、噴射口２１ｂが閉じら
れた状態にある。

【００２７】この状態で、コネクタ３４から電磁ソレノ
イド１９のコイル３２に励磁電流が供給されると、コア
２７が励磁されてアーマチャ２９がスプリング３０の付
勢力に抗してコア２７側に吸着移動される。これによ
り、ポペット２５が上方に移動されて、弁体２５ａが弁
座２１ａから離間され、噴射口２１ｂが所定時間だけ開
かれて、所定量の燃料が噴霧状態にてシリンダヘッド１
２内の燃焼室へ噴射される。

【００２８】このように、弁部１８の開閉動作に伴って
燃料が噴射されるときには、弁部１８から燃料通路３７
の上流側に向けて燃料の脈動圧が発生する。ところが、
この実施形態の燃料噴射弁１１では、燃料通路３７の途
中に通路断面積の拡張する拡張部３９が形成されている
ので、燃料通路３７中の脈動は、この拡張部３９で減衰
されて低減される。よって、上流のデリバリパイプ３６
側及び下流のシリンダヘッド１２側への脈動圧の伝達量
が小さくなり、騒音の発生を抑制することができる。

【００２９】前記のように構成された実施形態の燃料噴
射弁１１及び従来構成の燃料噴射弁について、実際の燃
料噴射状態における燃料噴射弁の振動周波数特性を比較
測定したところ、図４に示すような結果が得られた。こ
の測定結果から、実施形態の燃料噴射弁１１によれば、
従来構成の燃料噴射弁と比較して、実際の燃料噴射状態
において問題となる周波数帯域での振動音の振動速度を
著しく低減できることが判った。

【００３０】ちなみに、この実施形態の燃料噴射弁１１
及び従来構成の燃料噴射弁について、燃料通路３７内に
燃料を供給しない空開閉状態における燃料噴射弁の振動
周波数特性を比較測定したところ、図５に示すような結
果が得られた。この測定結果から、燃料噴射弁の空開閉
状態においては、実施形態の燃料噴射弁１１と従来構成
の燃料噴射弁との間で、振動音の振動速度に大きな差が
存在しないことが判った。これは、実施形態及び従来構
成のいずれの燃料噴射弁においても、燃料の噴射を伴わ
ない空開閉状態では、燃料通路内に脈動圧が発生せず、
その脈動圧に起因した振動音も小さくなることを示すも
のである。

【００３１】さらに、この実施形態の燃料噴射弁１１及
び従来構成の燃料噴射弁について、実際の燃料噴射状態
における燃料噴射弁の振動波形を比較検出したところ、
図６に示すような結果が得られた。この測定結果から、
実施形態の燃料噴射弁１１によれば、従来構成の燃料噴
射弁と比較して、弁部１８の開弁時における燃料噴射弁
１１自体の振動を著しく低減できることが判った。

【００３２】同様に、この実施形態の燃料噴射弁１１及
び従来構成の燃料噴射弁について、燃料を噴射しない空
開閉状態における燃料噴射弁の振動波形を比較測定した
ところ、図７に示すような結果が得られた。この測定結
果から、燃料噴射弁の空開閉状態においては、実施形態
の燃料噴射弁１１と従来構成の燃料噴射弁との間で、燃
料噴射弁自体の振動に大きな差が存在しないことが判っ
た。これは、実施形態及び従来構成のいずれの燃料噴射
弁においても、燃料の噴射を伴わない空開閉状態では、
燃料通路内に脈動圧が発生せず、その脈動圧に起因した
振動が小さくなることを示すものである。

【００３３】従って、この実施形態によれば、以下のよ
うな効果を得ることができる。 （１） この燃料噴射弁１１においては、エンジンのシ
リンダヘッド１２に取り付けられるハウジング１６内に
燃料通路３７が形成されている。燃料通路３７の一端に
は燃料吸入口２０ａが設けられるとともに、他端には燃
料吸入口２０ａから吸入された燃料をシリンダヘッド１
２内の燃焼室へ噴射するのを制御するための弁部１８が
設けられている。そして、燃料吸入口２０ａから弁部１
８に至る燃料通路３７の途中には、通路断面積の拡張す
る拡張部３９が設けられている。

【００３４】このため、弁部１８の開閉動作時に発生す
る燃料の脈動圧を、燃料通路３７の途中の拡張部３９で
減衰させて抑制することができ、その脈動圧に起因した
騒音を低減することができる。また、燃料通路３７の途
中の箇所をさらに拡張して拡張部３９を形成すればよい
ため、燃料通路３７中に細密な絞り部を設けた従来構成
に比較して、構造が簡単で加工や精度出しを容易に行う
ことができる。さらに、燃料通路３７中に絞り部を設け
た従来構成のように、燃料噴射量が増加したとき、絞り
部が抵抗となって、必要量の燃料を供給するための開弁
時間が長くなるという不具合を回避することもできる。

【００３５】（２） この燃料噴射弁１１においては、
前記拡張部３９が、シリンダヘッド１２の外部に露出し
たハウジング１６を構成する吸入口体２０内の燃料通路
３７に設けられている。このため、弁部１８の開閉動作
時に発生する燃料の脈動圧により、シリンダヘッド１２
の外部に露出したハウジング１６が振動して、放射音が
直接生じるのを効果的に抑制することができる。

【００３６】（３） この燃料噴射弁１１においては、
前記拡張部３９の内径Ｄ１が、燃料通路３７の最大径部
Ｄ２よりも大きくて、燃料通路３７の最小径部Ｄ３の少
なくとも１．５倍となるように設定されている。このた
め、拡張部３９の通路断面積を適正に確保することがで
きて、弁部１８の開閉動作時に発生する燃料の脈動圧を
有効に減衰させて抑制することができる。

【００３７】（４） この燃料噴射弁１１においては、
前記拡張部３９の流路方向の長さＬ１が、燃料通路３７
の最小径部Ｄ３の少なくとも１．０倍となるように設定
されている。このため、拡張部３９の容積を適正に確保
することができて、弁部１８の開閉動作時に発生する燃
料の脈動圧を有効に減衰させて抑制することができる。

【００３８】（変更例）なお、この実施形態は上記の構
成に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。このように構成した場合でも、上記実施形態と同様
の作用及び効果を得ることができる。

【００３９】・ 前記実施形態では、拡張部３９がテー
パ部４０を介して燃料通路３７と連続するように形成さ
れているが、拡張部３９を燃料通路３７の途中に段差状
に形成してもよい。

【００４０】・ 前記実施形態では、拡張部３９が吸入
口体２０内の燃料通路３７に形成されているが、この拡
張部３９をアジャストパイプ２８の上流側におけるコア
２７内の燃料通路３７に形成してもよい。

【００４１】・ 上記実施形態では、エンジンの燃焼室
に対して燃料を直接噴射する電磁式燃料噴射弁に具体化
したが、燃焼室に連通可能な吸気ポートにおいて燃料を
噴射する電磁式燃料噴射弁に具体化してもよい。

【００４２】さらに、上記各実施形態から把握できる請
求項以外の技術的思想を、その効果とともに以下に記載
する。 ・ 前記拡張部の流路方向の長さは、燃料通路の最小径
部の２．０倍よりも大きくなるように設定したことを特
徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。

【００４３】従って、この構成によれば、拡張部の容積
をより適正に確保することができて、弁部の開閉動作時
に発生する燃料の脈動圧をより有効に減衰させて抑制す
ることができる。

【００４４】・ 前記拡張部の流路方向の長さは、燃料
通路の最小径部の２．５倍よりも大きくなるように設定
したことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。従
って、この構成によれば、拡張部の容積を一層適正に確
保することができて、弁部の開閉動作時に発生する燃料
の脈動圧を一層有効に減衰させて抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の燃料噴射弁を示す断面図。

【図２】図１の燃料噴射弁の一部を拡大して示す部分断
面図。

【図３】拡張部の長さと圧力変動幅の関係を示す特性
図。

【図４】実際の燃料噴射状態における燃料噴射弁の振動
周波数特性を示す図。

【図５】燃料を供給しない空開閉状態における燃料噴射
弁の振動周波数特性を示す図。

【図６】実際の燃料噴射状態における燃料噴射弁の振動
検出波形を示す図。

【図７】燃料を供給しない空開閉状態における燃料噴射
弁の振動検出波形を示す図。

【符号の説明】

１１…燃料噴射弁、１２…シリンダヘッド、１６…ハウ
ジング、１７…ハウジングを構成するケース、１８…弁
部、１９…電磁ソレノイド、２０…ハウジングを構成す
る吸入口体、２０ａ…燃料吸入口、２１…バルブシー
ト、２１ａ…弁座、２１ｂ…噴射口、２５…ポペット、
２５ａ…弁体、２７…コア、２８…アジャストパイプ、
２９…アーマチャ、３０…スプリング、３２…コイル、
３６…デリバリパイプ、３７…燃料通路、３９…拡張
部、Ｄ１…拡張部の内径、Ｄ２…燃料通路の最大径部、
Ｄ３…燃料通路の最小径部、Ｌ１…拡張部の流路方向の
長さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 義英 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 小菅 浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 上田 信司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA01 AB02 BA12 BA22 CC63 CC66 CD30

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内に燃料吸入口から噴射口に至
   る燃料通路が形成されるとともに、前記噴射口を開閉す
   ることにより燃料噴射を行わせる弁部を備えた燃料噴射
   弁において、 前記燃料吸入口から噴射口に至る燃料通路の途中には、
   通路断面積が拡張する拡張部を設けたことを特徴とする
   燃料噴射弁。
2. 【請求項２】前記拡張部は、シリンダヘッドの外部に露
   出したハウジング内の燃料通路に設けられていることを
   特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】前記拡張部の内径は、燃料通路の最大径部
   よりも大きくて、燃料通路の最小径部の少なくとも１．
   ５倍となるように設定されていることを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】前記燃料通路の流路方向における拡張部の
   長さは、燃料通路の最小径部の少なくとも１．０倍とな
   るように設定されていることを特徴とする請求項１〜請
   求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。