JP2004060519A

JP2004060519A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2004060519A
Application number: JP2002219644A
Authority: JP
Inventors: Taishin Tani; 谷　泰臣; Kimitaka Saito; 斎藤　公孝; Nobuo Ota; 太田　信男; Masaaki Konishi; 小西　正晃
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】燃料噴霧の微粒化を促進できるとともに構造が簡素な燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】噴孔プレート３８は、燃料通路３１に通じる弁ボディ３４の開口部５１を覆う略平板状の薄肉部４３と、薄肉部４３の周囲に形成された厚肉部４１とを有する平板状の平板部３９を有し、噴孔４５は薄肉部４３に形成されている。均一な厚さの噴孔プレート３８の全体を薄くする場合に比べ、厚肉部４１で平板部３９の強度を確保して薄肉部４３だけを薄くすることによって噴孔プレート３８の強度を確保しつつ噴孔４５を短くすることができるため、燃料の微粒化を促進することができる。また、弁ボディ３４を収容しているノズルホルダ３０に平板部３９の反弁ボディ３４側端面を支持する支持部を設けることにより、部品点数を増加させることなく噴孔プレート３８を補強することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図６に示すように平板状の噴孔プレート１５２に形成された噴孔１５６から燃料を噴射するインジェクタが知られている。燃料の噴霧は噴孔内の流れが乱れているほど微粒化される。噴射方向に沿った噴孔内を燃料が流れると噴孔内で燃料が整流されるため、噴孔の通路方向長さが短いほど噴霧の微粒化が促進される。したがって、平板状の噴孔プレート１５２を薄くして噴孔１５６の通路方向長さを短くすると、噴霧の微粒化を促進することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、噴孔プレートを薄くすると燃料圧力によって噴孔プレートが疲労破壊するおそれがあるため、噴孔プレートを薄くするときには別部材で噴孔プレートを補強する必要がある。特にガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタでは、吸気管内に燃料噴射するインジェクタに比べて燃料圧力が１６〜４０倍の５〜１２ＭＰａになるため、噴孔プレートに十分な強度を確保する必要がある。
【０００４】
例えば、図６に示す従来のインジェクタでは、噴孔プレート１５２の反弁ボディ側に保持プレート１５４を設け、保持プレート１５４を円筒状のスリーブ１５８に溶接し、スリーブ１５８を弁ボディ１５０に溶接することにより、噴孔プレート１５２を弁ボディ１５０に対して固定している。保持プレート１５４によって噴孔プレート１５２を補強することにより、噴孔プレート１５２をある程度薄くしたとしても保持プレート１５４の疲労破壊に対する安全性を確保することができる。
【０００５】
しかし、例えば図６に示す保持プレート１５４とスリーブ１５８のように、噴孔プレート１５２を補強する部材を設ける場合、部品点数の増加により構造が複雑化し、製造コストが増大するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、燃料噴霧の微粒化を促進できるとともに構造が簡素な燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートは、燃料通路に通じる弁ボディの開口部を覆う略平板状の薄肉部と、薄肉部の周囲に形成された厚肉部とを有する平板状の平板部を有し、噴孔は薄肉部に形成されている。均一な厚さの噴孔プレートの全体を薄くする場合に比べ、厚肉部で平板部の強度を確保して薄肉部だけを薄くすることによって噴孔プレートの強度を確保しつつ噴孔の通路方向長さを短くすることができるため、燃料の微粒化を促進することができる。また、弁ボディを収容しているノズルホルダに平板部の反弁ボディ側端面を支持する支持部を設けることにより、部品点数を増加させることなく噴孔プレートを補強することができる。したがって、本発明の請求項１に記載の燃料噴射装置によると、燃料噴霧の微粒化を促進することができ、構造を簡素にすることができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートは、弁ボディとノズルホルダとで狭持されているため、構造が簡素である。
本発明の請求項３に記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートは、弁ボディ又はノズルホルダに嵌合する筒部を有するカップ状に形成されているため、弁ボディ又はノズルホルダに対して噴孔プレートに形成された噴孔を高精度に位置決めすることができる。したがって、本発明の請求項３に記載の燃料噴射装置によると、燃料の噴射方向を高精度に設定することができる。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の燃料噴射装置によると、平板部が開口部の上流側に凸に湾曲しているため、燃料圧力による平板部の変形を抑制することができる。また平板部が弁ボディの開口部の周縁に圧接すると、平板部には、開口部の内側にのみ燃料圧力が加わり、開口部の外側には燃料圧力が加わらない。平板部の受圧面積が小さくなると、燃料圧力による平板部の変形が抑制される。したがって本発明の請求項４に記載の燃料噴射装置によると、平板部の疲労破壊に対する安全性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートの筒部の全周は、弁ボディ又はノズルホルダに溶接されている。弁ボディと噴孔プレートの間隙から漏洩する燃料が噴孔プレートの反弁ボディ側壁面を伝って噴孔の出口側に到達すると、その燃料が噴孔から噴射される燃料と合流することにより、噴霧の微粒化が妨げられる。本発明の請求項５に記載の燃料噴射装置によると、弁ボディと噴孔プレートの間隙から反弁ボディ側壁面を伝って噴孔に到達する経路が溶接によって寸断されるため、漏洩燃料によって噴霧の微粒化が妨げられることを防止できる。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の燃料噴射装置によると、平板部の噴孔を囲む部分は、弁ボディ又はノズルホルダに溶接されているため、漏洩燃料によって噴霧の微粒化が妨げられることを防止できる。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の燃料噴射装置によると、薄肉部の肉厚は厚肉部の肉厚の０．４倍以上であるため、燃料圧力による噴孔プレートの疲労破壊に対する安全性を確保しつつ噴霧の微粒化を促進できる。
【００１３】
本発明の請求項８に記載の燃料噴射装置によると、薄肉部の肉厚は噴孔の直径の２倍以下であるため、噴霧の微粒化を促進できる。
本発明の請求項９に記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートがノズルホルダの外側から溶接される構成であるため、噴孔プレートを位置決めする工程が容易になり、また、溶接による弁座の熱変形を防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項１０に記載の燃料噴射装置によると、弁部材の噴孔プレート側先端部が略平坦に形成されている。弁部材が弁座から離座すると、弁部材の略平坦な先端部と噴孔プレートとに沿って燃料が流れる。このため、燃料は互いにぶつかり合って乱流となって噴孔に流入する。したがって、本発明の請求項１０に記載の燃料噴射装置によると、噴霧の微粒化をさらに促進することができる。
【００１５】
本発明の請求項１１に記載の燃料噴射装置によると、弁部材の噴孔プレート側先端部及び噴孔プレートが囲む燃料空間が略扁平である。弁部材が弁座から離座すると、略扁平な燃料空間を噴孔プレート側先端部と噴孔プレートに沿って燃料が流れる。このため、燃料は互いにぶつかり合って乱流となって噴孔に流入する。したがって、本発明の請求項１１に記載の燃料噴射装置によると、噴霧の微粒化をさらに促進することができる。
本発明の請求項１２に記載の燃料噴射装置によると、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するため、内燃機関の燃費を低減し出力を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施例によるインジェクタの取り付け位置を示す断面図である。インジェクタ１０は、ガソリンエンジンの燃焼室１０６に直接燃料を噴射する直噴ガソリンエンジン用の燃料噴射装置である。インジェクタ１０は、燃焼室１０６を囲むシリンダヘッド１０２に取り付けられている。尚、本発明は吸気管内に燃料を噴射するインジェクタに適用してもよいし、ガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジンに適用してもよい。
【００１７】
図３は、本発明の一実施例によるインジェクタ１０を示す断面図であり、図１はその部分拡大図である。
ノズルホルダ３０は、フランジ２８を有し、シリンダヘッド１０２に形成された取付孔に挿入され、フランジ２８がシリンダヘッド１０２に当接することでシリンダヘッド１０２に対して位置決めされる。ノズルホルダ３０は、燃焼室に接近するほど段階的に直径が小さくなる円筒状の内周壁３２を有する。内周壁３２で囲まれた円柱状の内部空間４０には噴孔プレート３８、弁ボディ３４、及びノズルニードル４２が燃焼室側からこの順に収容されている。ノズルホルダ３０の燃焼室側先端部には、噴孔プレート３８の燃焼室側に回り込む支持部４９が形成されている。支持部４９は円環状に形成され、その内径は噴孔プレート３８の外径より小さい。支持部４９の反燃焼室側端面は噴孔プレート３８の平板部３９の反弁ボディ側端面を支持している。ノズルホルダ３０を噴孔プレート３８の平板部３９の反弁ボディ側端面まで延長し、噴孔プレート３８の燃焼室側に回り込んで当接する支持部４９をノズルホルダ３０に設けることで、部品点数を増やさずに噴孔プレート３８を補強することができる。尚、支持部４９は、円環状に限らず、噴孔プレート３８の燃焼室側に回り込んで平板部３９の反弁ボディ側端面を支持する形状であればいかなる形状であってもよい。また、本実施例のノズルホルダ３０は、フランジ２８によってシリンダヘッド１０２に対して弁ボディ３４を位置決めする機能を有するが、本発明においてノズルホルダはそのような機能を有するものに限らず、弁ボディ３４を収容する機能を有する部材であればいかなるものであってもよい。例えば、弁ボディ３４を収容する部材と、インジェクタ１０をシリンダヘッド１０２に対して位置決めする部材とが別部材であってもよい。
【００１８】
噴孔プレート３８は、ノズルホルダ３０の内部空間４０の最も燃焼室１０６に近い部分に収容される。噴孔プレート３８の材質としては、例えばステンレスが望ましい。噴孔プレート３８は、図１に示すように平板部３９と筒部３７とで構成され、有底筒状の所謂カップ状に形成されている。噴孔プレート３８は、ステンレス鋼板の絞り加工などにより成形される。尚、噴孔プレート３８に筒部３７を形成せずに、噴孔プレートを平板状にしてもよい。
【００１９】
噴孔プレート３８の筒部３７は、円筒状に形成され、ノズルホルダ３０の内周壁３２に嵌合している。筒部３７がノズルホルダ３０の内周壁３２に嵌合することで、ノズルホルダ３０に対して噴孔プレート３８が径方向に高精度に位置決めされる。筒部３７は、ノズルホルダ３０の外壁の全周に照射されたレーザビームにより、ノズルホルダ３０の内周壁３２に溶接されている。平板部３９がノズルホルダ３０と弁ボディ３４によって狭持された状態で筒部３７がノズルホルダ３０にレーザ溶接されることにより、噴孔プレート３８がノズルホルダ３０に対して軸方向に高精度に位置決めされる。また、筒部３７とノズルホルダ３０とが全周溶接されることにより、弁ボディ３４と平板部３９との間隙から漏れだした燃料が筒部３７の外壁とノズルホルダ３０との間隙を伝って噴孔４５の出口側に到達することが防止される。
【００２０】
図４は噴孔プレート３８の溶接構造の変形例を示す断面図である。図４（Ａ）に示すように、筒部３７を弁ボディ３４に嵌合させ、弁ボディ３４に筒部３７を溶接してもよい。また、図４（Ｂ）に示すようにノズルホルダ３０に平板部３９を溶接してもよいし、図４（Ｃ）に示すように弁ボディ３４に平板部３９を溶接してもよい。弁ボディ３４と噴孔プレート３８とをレーザ溶接する場合には、弁座３６の寸法精度を確保するため、弁ボディ３４の熱による変形を防止する方策が必要である。
【００２１】
図１に示すように噴孔プレート３８の平板部３９は、燃焼室側の中央部が円形に窪んだ円盤状に形成され、円盤状の薄肉部４３とその周囲の円環状の厚肉部４１とで構成されている。薄肉部４３の肉厚は厚肉部４１の肉厚の０．４倍以上１倍未満であることが望ましい。このように厚肉部４１の肉厚を厚くする一方で薄肉部４３の肉厚を薄くすることにより、平板部３９の強度を保ちつつ噴孔４５の通路方向長さを短くすることができる。厚肉部４１の反弁ボディ側端面は、ノズルホルダ３０の支持部４９によって支持される。厚肉部４１の外径は、弁ボディ３４の開口部５１の２倍以下に設定することが望ましい。このように平板部３９の全体に対して薄肉部４３が占める割合を小さくすることで平板部３９の疲労破壊に対する安全性を向上させることができる。噴孔４５は薄肉部４３に複数形成されている。噴孔４５を複数にすることで良好な噴霧形状を得ることが容易になる。尚、噴孔４５は１つだけでもよい。噴孔４５の通路方向長さがその口径に対して短いほど噴霧の微粒化が促進されるため、薄肉部４３の肉厚は噴孔４５の直径の２倍以下であることが望ましい。
【００２２】
図５は、噴孔プレート３８の平板部３９を示す模式図である。平板部３９は、弁ボディ３４に形成された開口部５１を薄肉部４３が覆うように設けられる。また、平板部３９は、開口部５１の上流側にわずかに凸に湾曲している。このように平板部３９を開口部５１の上流側に凸に湾曲させることで、弁ボディ３４の開口部５１の周縁に平板部３９を圧接させることができる。弁ボディ３４の開口部５１の周縁に平板部３９が圧接すると、平板部３９には、開口部５１の内側にのみ燃料圧力が加わり、開口部５１の外側には燃料圧力が加わらない。平板部３９の受圧面積が小さくなると、燃料圧力は増大するものの、燃料圧力による平板部の変形は抑制される。また、薄肉部４３を開口部５１の上流側に凸に湾曲させることで、開口部５１の上流側から薄肉部４３に外力が作用したときに生ずる薄肉部４３の変形を抑制することができる。燃料圧力の増大により疲労破壊に対する安全性を低下させる効果よりも平板部の変形の抑制により疲労破壊に対する安全性を増大させる効果を大きくすることで、平板部の疲労破壊に対する安全性を向上させることができる。
【００２３】
図１に示すように弁ボディ３４は、ノズルホルダ３０の内周壁３２にレーザ溶接により固定されている。弁ボディ３４の先端面は噴孔プレート３８の平板部３９に当接している。弁ボディ３４は、略円筒状に形成され内周壁３３で燃料通路３１を形成している。弁ボディ３４の内周壁３３には、円錐状の弁座３６が形成されている。弁座３６にノズルニードル４２が着座すると燃料通路３１が閉塞される。燃料通路３１の下流側の開口部５１が請求項に記載された開口部に相当する。開口部５１は、噴孔プレート３８の薄肉部４３によって覆われている。
【００２４】
ノズルニードル４２は、請求項に記載の弁部材に相当する。ノズルニードル４２の噴孔プレート側の先端面４７は平坦な円形である。ノズルニードル４２が弁座３６に着座した状態において、ノズルニードル４２の先端面４７と噴孔プレート３８とは互いに近接する。このため、ノズルニードル４２の先端面４７と噴孔プレート３８と弁ボディ３４の内周壁３３とで囲まれる燃料空間５３は、軸方向に狭く径方向に広い扁平な円錐台形状である。
【００２５】
図３に示すように筒部材２４は、ノズルホルダ３０の内部空間４０の反燃焼室側端部に挿入され、溶接によりノズルホルダ３０に固定されている。筒部材２４は、燃焼室側から順に並ぶ第一磁性部２６、非磁性部２２及び第二磁性部１４から構成されている。非磁性部２２は、第一磁性部２６と第二磁性部１４との磁気的短絡を防止する。
【００２６】
可動コア４８は、磁性材料で円筒状に形成されており、ノズルニードル４２の反噴孔側の端部４４に溶接により固定されている。可動コア４８はノズルニードル４２とともに筒部材２４の内部空間を往復移動する。可動コア４８の筒壁を貫通する流出孔４６は、可動コア４８の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
【００２７】
固定コア２０は、磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア２０は筒部材２４の内部空間に挿入されており、溶接により筒部材２４に固定されている。固定コア２０は可動コア４８に対し反燃焼室側に設置され可動コア４８と向き合っている。
【００２８】
アジャスティングパイプ１６は固定コア２０に圧入され、燃料通路を形成している筒状部材である。スプリング１８は一端部がアジャスティングパイプ１６に係止され、他端部が可動コア４８に係止されている。アジャスティングパイプ１６の圧入深さを調整することにより、可動コア４８に加わるスプリング１８の荷重を変更できる。スプリング１８の付勢力により可動コア４８及びノズルニードル４２は弁座３６に接近する方向に付勢されている。
【００２９】
コイル５２はスプール５０に巻回されている。ターミナル５６はコネクタ５４にインサート成形されており、コイル５２と電気的に接続している。コイル５２に通電すると、可動コア４８と固定コア２０との間に磁気吸引力が働き、スプリング１８の付勢力に抗して可動コア４８は固定コア２０に吸引される。
【００３０】
フィルタ１２は固定コア２０の燃料上流側に設けられ、図示しない配管からインジェクタ１０に供給される燃料中の異物を除去する。フィルタ１２を通じて固定コア２０内に流入した燃料は、アジャスティングパイプ１６内の燃料通路、可動コア４８内の流出孔４６、ノズルホルダ３０の内部空間４０、弁ボディ３４の燃料通路３１を順次通過する。
【００３１】
ノズルニードル４２が弁座３６から離座すると、弁ボディ３４の燃料通路３１が開放され、噴孔４５から燃料が噴射される。このとき、弁座３６とノズルニードル４２との円環状の間隙からノズルニードル４２の先端面４７と噴孔プレート３８との間の燃料空間５３に燃料が流入する。この燃料空間５３に流入した燃料は、ノズルニードル４２の先端面４７と噴孔プレート３８に案内されて弁座３６とノズルニードル４２との円環状の間隙の中心に向かって流れて互いに衝突し乱流となって噴孔４５に流入し、噴孔４５から噴射される。燃料が乱流となって噴孔４５に流入し、噴孔４５で整流されることなく噴射されると、噴孔４５から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。さらに、薄肉部４３の肉厚を噴孔４５の直径の２倍以下とすることで、噴孔４５はその直径に対してその通路方向長さが短くなるので、噴孔４５が乱流となった燃料を整流する効果が小さくなる。これにより、さらに燃料噴霧の微粒化が促進される。
【００３２】
ノズルニードル４２の先端面４７と噴孔プレート３８との間の燃料空間５３に燃料が流入すると、噴孔プレート３８の薄肉部４３には５〜１２ＭＰａの燃料圧力が作用する。噴孔プレート３８の薄肉部４３の周囲には厚肉部４１が形成され、噴孔プレート３８の平板部３９全体に対して薄肉部４３が占める部分は小さい。このため、平板部３９の全体を薄くした場合に比べると、燃料圧力による平板部３９の変形が抑制される。さらに、噴孔プレート３８の平板部３９の反弁ボディ側端面は、ノズルホルダ３０の支持部４９によって支持されている。このため、噴孔プレート３８の平板部３９の変形は、ノズルホルダ３０の支持部４９によっても抑制される。したがって、噴孔プレート３８の一部に薄肉部４３を形成し、薄肉部４３に噴孔４５を形成し、薄肉部４３の周囲に厚肉部４１を形成し、さらに噴孔プレート３８の平板部３９の反弁ボディ側端面をノズルホルダ３０で支持することにより、燃料圧力による噴孔プレート３８の疲労破壊に対する安全性を確保しながら噴霧の微粒化を促進することができる。さらに、噴孔プレート３８をノズルホルダ３０で支持することにより、部品点数を増やすことなく簡素な構造で噴孔プレート３８の疲労破壊に対する安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図３の部分拡大図である。
【図２】本発明の一実施例によるインジェクタの取り付け位置を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるインジェクタを示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例による噴孔プレートの溶接構造を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例による噴孔プレートの平板部を示す模式図である。
【図６】従来のインジェクタを示す断面図である。
【符号の説明】
１０　　インジェクタ
３０　　ノズルホルダ
３１　　燃料通路
３４　　弁ボディ
３６　　弁座
３７　　筒部
３８　　噴孔プレート
３９　　平板部
４１　　厚肉部
４２　　ノズルニードル
４３　　薄肉部
４５　　噴孔
４９　　支持部
５１　　開口部
５３　　燃料空間
１０２　　シリンダヘッド
１０６　　燃焼室

Claims

開口部、前記開口部に通じる燃料通路、及び弁座を有する弁ボディと、
前記弁座に着座することにより前記燃料通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放する弁部材と、
前記開口部を覆う薄肉部及び前記薄肉部の周囲に形成された厚肉部を有する略平板状の平板部、並びに前記薄肉部に形成された噴孔を有する噴孔プレートと、
前記平板部の反弁ボディ側端面を支持する支持部を有し、前記弁ボディを収容しているノズルホルダと、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
前記噴孔プレートは、前記弁ボディと前記ノズルホルダとで狭持されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記噴孔プレートは、前記弁ボディ又は前記ノズルホルダに嵌合する筒部を有するカップ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
前記平板部が前記開口部の上流側に凸に湾曲し前記弁ボディの前記開口部の周縁に圧接していることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の燃料噴射装置。
前記筒部の全周は、前記弁ボディ又は前記ノズルホルダに溶接されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
前記平板部の前記噴孔を囲む部分は、前記弁ボディ又は前記ノズルホルダに溶接されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料噴射装置。
前記薄肉部の肉厚は前記厚肉部の肉厚の０．４倍以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記薄肉部の肉厚は前記噴孔の直径の２倍以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記噴孔プレートは前記ノズルホルダの外側から溶接されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記弁部材の噴孔プレート側先端部が略平坦に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記弁部材の噴孔プレート側先端部及び前記噴孔プレートが囲む燃料空間が略扁平であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。