JP2002022050A

JP2002022050A - 流体噴射弁

Info

Publication number: JP2002022050A
Application number: JP2000207117A
Authority: JP
Inventors: Junji Okada; 淳司岡田; Tsuneaki Aoki; 恒明青木
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】バルブの閉じる速度及び開く速度の遅れを回
避しながらも、バルブが弁座に衝突する速度を低減して
バルブのバウンスを抑制することのできる流体噴射弁を
提供する。【解決手段】流体噴射弁本体１の流体通路１１内に設
けられたバルブ挿入孔２１に対し、バルブ３０が軸方向
に関し開閉動可能に挿入される。バルブ３０にはショル
ダ部３２が設けられる。バルブ挿入孔２１には、ショル
ダ部３２が移動可能な拡大孔部２２が設けられる。ショ
ルダ部３２と拡大孔部２２とによって、バルブ３０が閉
じるときには容積を減少しかつそのバルブ３０が開くと
きには容積を増大するダンパー室４０が形成される。シ
ョルダ部３２と拡大孔部２２との間の流路断面積を、下
流側よりも上流側が大きくなるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体を噴射する流
体噴射弁に関する。なお、流体噴射弁の代表例として
は、例えば車両用のエンジン（内燃機関ともいう）に流
体すなわち燃料を噴射して供給する燃料噴射弁を挙げる
ことができる。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁の従来例１についてノズル部
の断面図を示した図７により説明する。ここでは、ソレ
ノイドを励磁することにより燃料の噴射を制御する電磁
式の燃料噴射弁を例示する。燃料噴射弁本体１０１は、
燃料通路１１１を形成しかつ弁座１１２及び噴射口１１
３を設けたボデー１１０と、弁座１１２に当接可能な当
接部１３１を有するほぼ軸状のバルブ１３０とを備えて
いる。なお、燃料通路１１１は本明細書でいう流体通路
に相当する。

【０００３】前記ボデー１１０の燃料通路１１１内に
は、スワラー１２０が組込まれている。スワラー１２０
に設けられたバルブ挿入孔１２１には、前記バルブ１３
０が軸方向（図７において上下方向）に関し開閉動可能
に挿入されている。スワラー１２０の外周面には、流路
溝１２３が形成されている。スワラー１２０の下面に
は、流路溝１２３の下端部から前記噴射口１１３に通じ
る連通溝１２５及び環状溝１２４が形成されている。図
７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図を図８に示すように、
連通溝１２５は、軸中心上からオフセットされている。

【０００４】燃料噴射弁本体１０１は、バルブ１３０の
当接部１３１がボデー１１０の弁座１１２に対し離れる
こと（いわゆる開弁）により、ボデー１１０の噴射口１
１３から燃料をほぼ前方（図７においてほぼ下方）に噴
射する。このとき、ボデー１１０内の燃料通路１１１に
流れてきた燃料は、スワラー１２０の流路溝１２３を流
れ、連通溝１２５を流れてスワール流となった後、環状
溝１２４を通じて噴射口１１３から噴射される。

【０００５】また、バルブ１３０の当接部１３１がボデ
ー１１０の弁座１１２に対し当接すること（いわゆる閉
弁）により、前記燃料の噴射が停止される。なおバルブ
１３０は、周知のように、図示しないソレノイドの励磁
のオン（ＯＮ）によって開き、そのソレノイドの励磁が
オフ（ＯＦＦ）されたときにはスプリング（図示省略）
の弾性復元力によって閉じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例１によると、閉弁時にバルブ１３０が弁座１１２に
衝突することにより生じる反発力によって、バルブ１３
０のバウンシング現象が発生する。なお、図４にソレノ
イドに対する励磁信号のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）
と、バルブの変位との関係の特性線図が表わされてい
る。

【０００７】図４における上段は縦軸がソレノイドに対
する励磁信号を示し、横軸が時間を示している。また、
図４における下段は励磁信号のオン（ＯＮ）、オフ（Ｏ
ＦＦ）にともなうバルブの変位を示している。図４にお
いて、点線Ｂで示される特性線図が従来例１のものであ
る。図４から明らかなように、従来例１（図４中、点線
Ｂ参照）では、励磁信号のオフにともなってバルブ１３
０が閉じるときに大きなバウンス（図４中の符号、Ｂ１
参照）が生じていることが分かる。このバルブ１３０の
バウンスＢ１によって、燃料の噴射いわゆる二次噴射が
発生する。

【０００８】また、上記した二次噴射時には、ボデー１
１０の弁座１１２とバルブ１３０の当接部１３１との当
接部分から噴射口１１３までの空間部Ｓ（図７参照）内
の圧力が低圧となるため、二次噴射された燃料の粒径が
大きくなり、ひいてはスモークの発生につながる。ま
た、バルブ１３０の高応答性を求められる燃料噴射弁に
あっては、バルブ１３０の開閉速度が速いことから、そ
のバルブ１３０のバウンスも大きく、二次噴射が顕著に
表れる。

【０００９】また、従来例１におけるバルブ１３０のバ
ウンス（図４中の符号、Ｂ１参照）を改善するものとし
て、次に述べる従来例２（例えば、特開平６−９３９３
７号公報参照）がある。従来例２は、図９に断面図で示
すように、バルブ２３０にはショルダ部２３２が設けら
れる。バルブ挿入孔２２１には、バルブ２３０の開閉動
にともなってショルダ部２３２が移動可能な拡大孔部２
２２が設けられる。ショルダ部２３２と拡大孔部２２２
とによって、バルブ２３０が閉じるときには容積を減少
しかつそのバルブ２３０が開くときには容積を増大する
ダンパー室２４０が形成される。

【００１０】上記従来例２によると、バルブ２３０が閉
じるときにダンパー室２４０の容積が減少されていくに
つれ、ダンパー室２４０における圧力が上昇する。これ
によって、バルブ２３０の閉じる速度が低減されること
により、バルブ２３０のバウンスが低減される。

【００１１】しかしながら、従来例２では、ショルダ部
２３２と拡大孔部２２２とが、軸方向に関し同一外径を
なすストレート状に形成されている。このため、ショル
ダ部２３２と拡大孔部２２２との間の流路断面積が軸方
向に一定になっている。したがって、ショルダ部２３２
と拡大孔部２２２との間の流路を流れる燃料の流動抵抗
は、バルブ２３０のストロークの全長に亘って一定の大
きさで作用する。このため、図４に二点鎖線Ｃで示すよ
うに、バルブ２３０の閉じる速度及び開く速度の遅れが
生じ、ひいては正規の燃料噴射量に対して実際の燃料噴
射量がずれてしまうことになる。

【００１２】本発明は上記した問題点を解決するために
なされたものであり、本発明が解決しようとする課題
は、バルブの閉じる速度及び開く速度の遅れを回避しな
がらも、バルブが弁座に衝突する速度を低減してバルブ
のバウンスを抑制することのできる流体噴射弁を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１の発明は、流体噴射弁本体の流体通路内に設けられ
たバルブ挿入孔に対し、バルブが軸方向に関し開閉動可
能に挿入されている流体噴射弁であって、前記バルブに
は、ショルダ部が設けられ、前記バルブ挿入孔には、前
記バルブの開閉動にともなって前記ショルダ部が移動可
能な拡大孔部が設けられ、前記ショルダ部と前記拡大孔
部とによって、前記バルブが閉じるときには容積を減少
しかつそのバルブが開くときには容積を増大するダンパ
ー室が形成され、前記ショルダ部と前記拡大孔部との間
の流路断面積を、下流側よりも上流側が大きくなるよう
に設定したことを特徴とする流体噴射弁である。

【００１４】このように構成すると、バルブが閉じると
きには、ショルダ部と拡大孔部とによるダンパー室の容
積が減少されていくにつれ、ダンパー室における圧力が
上昇する。また、ショルダ部と拡大孔部との間の流路を
流れる流体の流体抵抗は、バルブが閉じていき、その流
路の流路断面積が小さくなるに従って大きくなる。した
がって、バルブの閉じる速度の遅れを回避しながらも、
そのバルブが弁座に衝突する速度を低減することによっ
て、バルブのバウンスを抑制することができる。また、
バルブが開くときには、ダンパー室の容積が増大されて
いく。また、ショルダ部と拡大孔部との間の流路を流れ
る流体の流体抵抗は、バルブが開いていき、その流路の
流路断面積が大きくなるに従って小さくなる。したがっ
て、バルブが開くために必要な力をロスすることが抑制
されることによって、バルブの開く速度の遅れを回避す
ることができる。したがって、バルブの閉じる速度及び
開く速度の遅れを回避しながらも、バルブが弁座に衝突
する速度を低減してバルブのバウンスを抑制することが
できる。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１記載の流体噴
射弁であって、前記拡大孔部を、下流側から上流側に向
かって徐々に内径を増大する形状に形成したことを特徴
とする流体噴射弁である。このように構成すると、拡大
孔部を下流側から上流側に向かって徐々に内径を増大す
る形状に形成することによって、ショルダ部と拡大孔部
との間の流路断面積を下流側よりも上流側が大きくなる
ように容易に設定することができる。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
流体噴射弁であって、前記ショルダ部を、下流側から上
流側に向かって徐々に外径を減少する形状に形成したこ
とを特徴とする流体噴射弁である。このように構成する
と、ショルダ部を下流側から上流側に向かって徐々に外
径を減少する形状に形成することによって、ショルダ部
と拡大孔部との間の流路断面積を下流側よりも上流側が
大きくなるように容易に設定することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態１〜３につい
て順に説明する。［実施の形態１］実施の形態１を説明する。本実施の形
態では、流体噴射弁として、ソレノイドを励磁すること
により燃料の噴射を制御する電磁式の燃料噴射弁であっ
て、車両用のエンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁を例
示する。

【００１８】図１に燃料噴射弁におけるノズル部が断面
図で示されている。図１において、燃料噴射弁の主体を
なす燃料噴射弁本体１は、ボデー１０とスワラー２０と
バルブ３０とを主要構成部品として構成されている。こ
の燃料噴射弁本体１は、周知のものとほとんど同一構成
であるから、その詳細な説明については省略することに
し、概要を述べるにとどめる。なお、燃料噴射弁本体１
は本明細書でいう流体噴射弁本体に相当する。

【００１９】前記ボデー１０は、ほぼ有底円筒状に形成
されている。ボデー１０は中空部内に燃料通路１１を形
成している。ボデー１０の底壁１０ａの軸心部には、上
下に連通する弁座１２及び噴射口１３が形成されてい
る。なお、燃料通路１１は本明細書でいう流体通路に相
当する。

【００２０】前記スワラー２０は、前記ボデー１０の燃
料通路１１の底部（図１における下端部）内に固定状に
組込まれている。スワラー２０には、前記弁座１２に連
通するバルブ挿入孔２１が設けられている。スワラー２
０の外周面には、流路溝２３が形成されている。スワラ
ー２０の下面には、前記噴射口１３に連通するとともに
前記バルブ挿入孔２１の口縁部を取り巻く環状溝２４、
及び、流路溝２３の下端部から前記環状溝２４に通じる
連通溝２５が形成されている。なお、連通溝２５は、従
来例１の連通溝１２５（図８参照）と同様に、軸中心上
からオフセットされている。

【００２１】前記バルブ３０は、ほぼ軸状に形成されて
いる。バルブ３０の下端部は、前記バルブ挿入孔２１に
軸方向（図１において上下方向）に関し開閉動可能に挿
入されている。バルブ３０は、前記ボデー１０の弁座１
２に当接可能なほぼ球状の当接部３１を有している。な
お、例えばボデー１０、スワラー２０及びバルブ３０は
ステンレス製である。

【００２２】前記バルブ３０は、その軸方向（図１にお
いて上下方向）の開閉によりボデー１０の噴射口１３か
らの燃料の噴射を断続する。すなわち、バルブ３０の当
接部３１がボデー１０の弁座１２に対し離れること（い
わゆる開弁）により、ボデー１０の噴射口１３から燃料
をほぼ前方（図１においてほぼ下方）へ噴射する。この
とき、ボデー１０内の燃料通路１１に流れてきた燃料
は、スワラー２０の流路溝２３を流れ、連通溝２５を流
れることによってスワール流とされた後、環状溝２４を
通じて噴射口１３から噴射される。

【００２３】また、前記バルブ３０の当接部３１が前記
ボデー１０の弁座１２に対し当接すること（いわゆる閉
弁）により、前記燃料の噴射が停止される。なおバルブ
３０は、周知のように、図示しないソレノイドの励磁の
オン（ＯＮ）によって開弁し、そのソレノイドの励磁が
オフ（ＯＦＦ）されたときにはスプリング（図示省略）
の弾性復元力によって閉弁する。

【００２４】しかして、前記バルブ３０には、前記スワ
ラー２０のほぼ上半部付近においてフランジ状に張り出
すショルダ部３２が形成されている。ショルダ部３２
は、軸方向に関し同一外径をなすストレート状いわゆる
円柱状をなしている。

【００２５】また、前記スワラー２０のバルブ挿入孔２
１の上半部には、ほぼ中空円筒形状の拡大孔部２２が形
成されている。拡大孔部２２内では、前記バルブ３０の
開閉動にともなって前記ショルダ部３２が移動可能であ
る。

【００２６】前記スワラー２０の拡大孔部２２と前記バ
ルブ３０のショルダ部３２とによって、ダンパー室４０
が形成されている。ダンパー室４０は、バルブ３０が閉
じるときには、図２に断面図で示すように容積を減少
し、かつ、開弁するときには、図３に断面図で示すよう
に容積を増大する。なお、バルブ３０のショルダ部３２
より先端側（図１において下端側）の端部とその端部が
挿入されたバルブ挿入孔２１との間は、燃料が流れる流
路（ガイド流路ともいう）となっている。また、バルブ
３０のショルダ部３２とそのショルダ部３２が挿入され
た拡大孔部２２との間は、燃料が流れる流路（ダンパー
流路ともいう）となっている。また、バルブ挿入孔２１
はバルブ３０のガイド機能を有している。

【００２７】さらに、前記拡大孔部２２は、下流側から
上流側に向かって徐々に内径を増大するほぼ円錐状に形
成されている。これにより、ショルダ部３２と拡大孔部
２２との間の流路断面積が、下流側（図１において下
側）よりも上流側（図１において上側）が大きくなるよ
うに設定されている。

【００２８】上記した燃料噴射弁において、バルブ３０
が閉じるときには、ショルダ部３２と拡大孔部２２とに
よるダンパー室４０の容積が減少（図２参照）されてい
くにつれ、ダンパー室４０における圧力が上昇する。ま
た、ショルダ部３２と拡大孔部２２との間のダンパー流
路を流れる流体の流体抵抗は、バルブ３０が閉じてい
き、その流路の流路断面積が小さくなるに従って大きく
なる。

【００２９】したがって、バルブ３０の閉じる速度の遅
れを回避することができる。これとともに、バルブ３０
が弁座１２に衝突する直前には、バルブ３０の上昇方向
に作用する大きな力が得られる。このため、バルブ３０
が弁座１２に衝突する速度を低減することによって、バ
ルブ３０のバウンスを抑制することができ、ひいては二
次噴射を抑制することができる。

【００３０】また、バルブ３０が開くときには、ダンパ
ー室４０の容積が増大（図３参照）されていく。また、
ショルダ部３２と拡大孔部２２との間のダンパー流路を
流れる流体の流体抵抗は、バルブ３０が開いていき、そ
の流路の流路断面積が大きくなるに従って小さくなる。
したがって、バルブ３０の下降方向に作用する力を極力
抑えることができ、バルブ３０が開くために必要な力を
ロスすることが抑制されることによって、バルブ３０の
開く速度の遅れを回避することができる。

【００３１】したがって、上記した燃料噴射弁による
と、バルブ３０の閉じる速度及び開く速度の遅れを回避
しながらも、バルブ３０が弁座１２に衝突する速度を低
減してバルブ３０のバウンスを抑制することができる。
なお、バルブ３０が弁座１２に衝突する速度を低減する
ことにより、弁座１２及びバルブ３０の当接部３１とに
よるシール部の摩耗を低減するとともに、バルブ３０の
作動音を低減することもできる。

【００３２】なお、図４にソレノイドに対する励磁信号
のオン、オフと、バルブ３０の変位との関係の特性線図
が表わされている。図４において、実線Ａで示される特
性線図が実施の形態１のものである。図４から明らかな
ように、実施の形態１（図４中の実線Ａ参照）を見る
と、従来例１（図４中、点線Ｂ参照）に比べて、励磁信
号のオフにともなうバルブ３０のバルブ３０が閉じると
きのバウンス（図４中の符号、Ｂ１参照）が抑制されて
いることが分かる。また、従来例１（図４中、点線Ｂ参
照）よりもバルブ３０の閉じる速度及び開く速度に若干
の遅れが生じるものの、従来例２（図４に二点鎖線Ｃ参
照）に比べて、バルブ３０の閉じる速度及び開く速度の
大幅な遅れが回避されている。

【００３３】また、拡大孔部２２を下流側から上流側に
向かって徐々に内径を増大するほぼ円錐状（図１参照）
に形成することによって、ショルダ部３２と拡大孔部２
２との間の流路断面積を下流側よりも上流側が大きくな
るように容易に設定することができる。

【００３４】［実施の形態２］実施の形態２を図５の断
面図により説明する。実施の形態２は、実施の形態１の
一部を変更したものであるからその変更部分について詳
述し、重複する説明は省略する。

【００３５】すなわち、図５に示すように、スワラー２
０の拡大孔部２２は、軸方向に関し同一外径をなすスト
レート状いわゆる円柱状に形成されている。また、ショ
ルダ部３２は、下流側から上流側に向かって徐々に外径
を減少するほぼ円錐状に形成されている。これにより、
ショルダ部３２と拡大孔部２２との間の流路断面積が、
下流側よりも上流側が大きくなるように設定されてい
る。

【００３６】この実施の形態２によっても、実施の形態
１と同等の作用効果が得られる。また、ショルダ部３２
を下流側から上流側に向かって徐々に外径を減少するほ
ぼ円錐状に形成することによって、ショルダ部３２と拡
大孔部２２との間の流路断面積を下流側よりも上流側が
大きくなるように容易に設定することができる。

【００３７】［実施の形態３］実施の形態３を図６の断
面図により説明する。実施の形態３は、実施の形態１
（図２参照）の一部を変更したものであるからその変更
部分について詳述し、重複する説明は省略する。

【００３８】すなわち、図６に示すように、拡大孔部２
２の内周面がほぼ凸条の曲面に形成されている。この実
施の形態３によっても、実施の形態１と同等の作用効果
が得られる。

【００３９】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
が可能である。例えば、本発明は、燃料に限らず、その
他の流体の流体噴射弁として適用することができる。ま
た、流体噴射弁の駆動方式も、電磁式に限らず、例えば
圧電式やその他のアクチュエータによる駆動方式を採用
することができる。また、実施の形態３では、拡大孔部
２２をほぼ凸条の曲面に形成した（図６参照）が、凹状
の曲面に形成することもできる。また、実施の形態１に
おけるショルダ部３２を実施の形態２と同様にほぼ円錐
状に形成してもよい。また、実施の形態１におけるショ
ルダ部３２とスワラー２０の拡大孔部２２とを同方向に
傾斜するほぼ円錐状に形成し、その傾斜角度を異なる角
度にすることによっても、ショルダ部３２と拡大孔部２
２との間の流路断面積を下流側よりも上流側が大きくな
るように設定してもよい。また、ショルダ部３２及び／
又はスワラー２０の拡大孔部２２の内周面は、ほぼ円錐
状に形成するものに限らず、例えば２段や３段以上の階
段状に形成してもよい。また、スワラー２０を排除し、
ボデー１０又はボデー側に設けた部材によって、バルブ
挿入孔２１を形成することも考えられる。また、本発明
はスワラーのない燃料噴射弁（例えば、特開平６−９３
９３７号公報参照）にも適用することができる。また、
バルブ挿入孔２１は、バルブ３０のガイド機能を有して
なくてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の流体噴射弁
によれば、バルブの閉じる速度及び開く速度の遅れを回
避しながらも、バルブが弁座に衝突する速度を低減して
バルブのバウンスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の燃料噴射弁におけるノズル部を
示す断面図である。

【図２】閉弁時の要部を示す断面図である。

【図３】開弁時の要部を示す断面図である。

【図４】ソレノイドに対する励磁信号とバルブの変位と
の関係を示す特性線図である。

【図５】実施の形態２の燃料噴射弁におけるノズル部を
示す断面図である。

【図６】実施の形態３の燃料噴射弁における要部を示す
断面図である。

【図７】従来例１を示す断面図である。

【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。

【図９】従来例２を示す断面図である。

【符号の説明】

１燃料噴射弁本体（流体噴射弁本体）１１燃料通路（流体通路）２１バルブ挿入孔２２拡大孔部３０バルブ３２ショルダ部４０ダンパー室

フロントページの続きＦターム(参考） 3G066 AA01 AB02 BA06 BA09 BA11 BA22 BA46 CC06U CC14 CC43 CC64S CC70 CE22 DA11 DA12 DA13 3H052 AA01 BA35 CA12 CD09 EA16 3H106 DA07 DA13 DA23 DB02 DB12 DB22 DB32 DC02 DC17 EE04 EE33 GB06 GC11 KK18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体噴射弁本体の流体通路内に設けられ
たバルブ挿入孔に対し、バルブが軸方向に関し開閉動可
能に挿入されている流体噴射弁であって、前記バルブには、ショルダ部が設けられ、前記バルブ挿入孔には、前記バルブの開閉動にともなっ
て前記ショルダ部が移動可能な拡大孔部が設けられ、前記ショルダ部と前記拡大孔部とによって、前記バルブ
が閉じるときには容積を減少しかつそのバルブが開くと
きには容積を増大するダンパー室が形成され、前記ショルダ部と前記拡大孔部との間の流路断面積を、
下流側よりも上流側が大きくなるように設定したことを
特徴とする流体噴射弁。
【請求項２】請求項１記載の流体噴射弁であって、前記拡大孔部を、下流側から上流側に向かって徐々に内
径を増大する形状に形成したことを特徴とする流体噴射
弁。
【請求項３】請求項１又は２記載の流体噴射弁であっ
て、前記ショルダ部を、下流側から上流側に向かって徐々に
外径を減少する形状に形成したことを特徴とする流体噴
射弁。